碳化硅陶瓷具有化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、硬度高等優(yōu)點(diǎn)，是諸多行業(yè)應(yīng)用的理想材料。
一、碳化硅陶瓷的性能特點(diǎn)
碳化硅陶瓷作為一種高性能結(jié)構(gòu)陶瓷材料，由于其晶體結(jié)構(gòu)和Si-C鍵的高度共價(jià)特性（~88%），碳化硅陶瓷具有金屬等結(jié)構(gòu)材料無法比擬的優(yōu)異綜合性能：
1、高溫強(qiáng)度高、高溫蠕變小，適應(yīng)各種高溫環(huán)境；
2、低熱膨脹系數(shù)、高熱傳導(dǎo)率，具有優(yōu)良抗熱沖擊性；
3、化學(xué)穩(wěn)定性高，耐腐蝕性能優(yōu)異；
4、高硬度，較低的摩擦系數(shù)，優(yōu)異的耐磨性；
6、電性能可通過摻雜來實(shí)現(xiàn)其絕緣、半導(dǎo)體到導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變；
7、具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和高溫相穩(wěn)定性，耐腐蝕。
二、碳化硅陶瓷的制備方法
由于碳化硅為強(qiáng)共價(jià)鍵化合物，且具有低的擴(kuò)散系數(shù)，導(dǎo)致其在制備過程中的主要問題之一是燒結(jié)致密化困難。高致密碳化硅陶瓷制備方法包括反應(yīng)燒結(jié)法、無壓燒結(jié)（常壓燒結(jié)）法、熱壓燒結(jié)法、熱等靜壓燒結(jié)法等。
制備過程：采用高純硅直接加熱或通過二氧化硅還原或（聚）硅烷等高溫?zé)峤猥@得液態(tài)硅或產(chǎn)生硅蒸氣，通過毛細(xì)管作用液態(tài)硅或硅蒸氣滲入碳化硅粉末和碳的多孔坯體中，在1450~1750℃溫度下，硅與碳反應(yīng)生成碳化硅，并與坯體中原有的碳化硅顆粒結(jié)合在一起形成高致密的碳化硅制品。
工藝特點(diǎn)：反應(yīng)燒結(jié)法制備碳化硅陶瓷溫度低，工藝過程和設(shè)備要求相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低。在燒結(jié)過程中體積收縮一般在3%以內(nèi)，可以對(duì)制品尺寸進(jìn)行比較精準(zhǔn)的控制，實(shí)現(xiàn)近凈尺寸燒結(jié)，適用于制備形狀相對(duì)復(fù)雜的制品。
碳化硅陶瓷無壓燒結(jié)有固相燒結(jié)和液相燒結(jié)致密化兩種途徑。
采用亞微米級(jí)碳化硅粉體為原料，以碳化硼和碳為燒結(jié)助劑，在2000~2200℃、真空或氬氣氣氛下燒結(jié)，可以獲得相對(duì)密度達(dá)到95%以上的碳化硅制品。
以氧化鋁及氧化釔等體系作為液相燒結(jié)助劑，在1900~2100℃溫度下燒結(jié)，相對(duì)密度可達(dá)到97%以上。
需要外加壓力使碳化硅實(shí)現(xiàn)致密化，對(duì)制品的形狀沒有限制，可以與各種成型方法相配合，是最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的碳化硅陶瓷制備方法。
與無壓燒結(jié)工藝相類似，熱壓燒結(jié)碳化硅也需要燒結(jié)助劑，包括碳化硼、氧化鋁、鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化硼等。常用的熱壓燒結(jié)壓力一般在20~40兆帕，燒結(jié)溫度為1900~2100℃。
熱壓燒結(jié)碳化硅陶瓷具有高強(qiáng)高致密的特點(diǎn)，但設(shè)備成本較高，單次制備產(chǎn)率低。因此制品價(jià)格較高，主要應(yīng)用于對(duì)部件力學(xué)性能和可靠性要求很高的苛刻工作環(huán)境。
有包封條件下碳化硅素坯的等靜壓燒結(jié)直接致密化和無包封條件下預(yù)燒結(jié)樣品的等靜壓燒結(jié)進(jìn)一步致密化兩種。前者是用高熔點(diǎn)玻璃將成型的碳化硅素坯包封好后再進(jìn)行燒結(jié)，后者是將經(jīng)過于少杰、相對(duì)密度在90%以上、開口氣孔率較低的樣品再進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)致密化處理。
三、碳化硅陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域
碳化硅陶瓷材料具有良好的耐磨性、導(dǎo)熱性、抗氧化性以及優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于能源環(huán)保、化工機(jī)械、半導(dǎo)體、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。
碳化硅陶瓷可用做高溫窯具材料，如碳化硅橫梁、碳化硅冷風(fēng)管、碳化硅棍棒等。由于碳化硅陶瓷突出的高溫強(qiáng)度、優(yōu)良的抗高溫蠕變能力以及抗熱震性，使其成為火箭、飛機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)中熱機(jī)部件的主要材料之一，主要作為靜態(tài)熱機(jī)部件使用。
碳化硅陶瓷具有優(yōu)異的高溫性能和高導(dǎo)熱系數(shù)，因此在鋼鐵、冶金等行業(yè)的工業(yè)窯爐的熱交換系統(tǒng)也多使用碳化硅陶瓷，如碳化硅噴火嘴、碳化硅換熱器、碳化硅輻射管、碳化硅熱電偶保護(hù)套等。
碳化硅陶瓷材料具有優(yōu)異的化學(xué)、物理穩(wěn)定性，是生產(chǎn)脫硫噴嘴的合適材料。此外，化學(xué)工業(yè)中的磁力泵、屏蔽泵中的各類部件也多使用碳化硅陶瓷材料。
圖 磁力泵、屏蔽泵
碳化硅的高硬度和較低摩擦系數(shù)賦予其優(yōu)異的耐磨性能，特別適合各種滑動(dòng)摩擦磨損工況，可加工成各種形狀、尺寸精度和表面光潔度高的密封環(huán)，作為機(jī)械密封在許多苛刻環(huán)境下使用，具有氣密性好、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
圖 碳化硅密封環(huán)
碳化硅被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ母咝阅芊缽椦b甲材料之一，可用于用于防彈衣、防彈裝甲制作，硬度僅次于金剛石和碳化硼，莫氏硬度達(dá)到9.2~9.6，具有高硬度、高彈性模量。
6、光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域
碳化硅材料質(zhì)量較輕、比剛度大、熱膨脹系數(shù)小，滿足空間反射鏡對(duì)材料的物理性能、光學(xué)性能和工藝性能的要求。
圖 碳化硅反射鏡在遙感衛(wèi)星中的應(yīng)用，來源：寧波伏爾肯招股書
7、半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用
在半導(dǎo)體領(lǐng)域，碳化硅可以用于制作半導(dǎo)體設(shè)備用研磨盤、吸盤、晶舟、夾具等零部件，具備高精密、高純度、強(qiáng)耐化學(xué)和離子腐蝕能力的特點(diǎn)。
圖 半導(dǎo)體碳化硅零部件，來源：寧波伏爾肯招股書
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